KR102466459B1 - 유도탄의 로이터 제어 방법 - Google Patents

유도탄의 로이터 제어 방법 Download PDF

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신종진
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명에 따른 유도탄의 로이터 제어 방법에 따르면, 표적을 향해 비행하는 유도탄의 임무대기가 결정되고, 상기 유도탄의 현재 비행 위치가 감지된다. 상기 유도탄의 기동 특성에 기초하여 상기 유도탄의 로이터 비행 순환 패턴이 결정된다. 지형 고도 데이터를 이용하여, 상기 유도탄의 상기 현재 비행 위치와 다음 경로점 사이에서 로이터 비행 시작 위치를 이동하면서 상기 로이터 비행 순환 패턴에 따른 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도가 추출된다. 상기 유도탄의 현재 고도와 상기 기동 특성에 기초하여, 상기 유도탄의 상기 현재 비행 위치와 상기 다음 경로점 사이의 상기 로이터 비행 시작 위치마다 상기 유도탄이 상승할 수 있는 최대상승고도가 산출된다. 상기 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도와 상기 유도탄의 상기 최대상승고도에 기초하여 상기 로이터 후보 영역들 중에서 상기 유도탄이 로이터 비행을 할 수 있는 로이터 비행 가능 영역들이 결정된다. 상기 로이터 비행 가능 영역들 중 하나가 로이터 비행 영역으로 선택되고, 임무대기명령 및 상기 로이터 비행 영역에 해당하는 로이터 비행 시작 위치가 상기 유도탄에 송신된다.

Description

유도탄의 로이터 제어 방법{Method for controlling loiter of missile}
본 발명은 유도탄의 로이터 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 표적을 향해 발사되어 저고도로 비행 중인 유도탄에 대한 로이터 제어 방법에 관한 것이다.
유도탄은 비행기처럼 비행경로를 수정해가며 비행할 수 있는 특성으로 인해 저고도로 비행할 수 있으며, 예컨대 산맥 사이를 비행할 수도 있다. 저고도로 비행하는 유도탄이 저고도로 비행할수록 지상 레이다에 의해 탐지될 위험이 감소한다.
유도탄은 사전 임무계획 단계에서 계획한 비행경로와 고도를 기반으로 표적을 향해 비행한다. 유도탄이 다른 지형물과 충돌하지 않도록 유도탄이 표적을 향해 비행할 지역의 지형자료 등을 고려하여 유도탄의 비행경로가 계획된다. 그에 따라 유도탄은 안전을 확보할 수 있는 가능한 낮은 고도로 표적을 향해 비행할 수 있다.
최근 위성, 항공기 등을 이용한 통신 기술이 발달하면서, 유도탄의 임무 수행 중에도, 즉, 유도탄이 표적을 향해 비행하는 중에도, 유도탄과의 통신을 통해 유도탄의 임무중단, 임무변경, 또는 임무도달시간 지연 등을 위해 유도탄의 임무를 대기시킨 후 다음 임무로 변경하는 방법이 고려되고 있다. 예를 들면, 임무 수행 중인 유도탄의 표적을 변경한다거나, 표적의 타격 시간을 지연시킨다거나, 타격 임무를 중지 또는 대기시키기 위한 목적으로 유도탄의 임무대기를 결정할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 표적을 향해 비행 중인 유도탄의 임무대기를 결정한 경우에 유도탄의 로이터 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 표적을 향해 비행 중인 유도탄이 임무대기 명령을 수신 시 다음 명령을 기다리는 동안 로이터(loiter) 비행하기에 적합한 비행경로와 비행고도를 결정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄의 로이터 제어 방법은 표적을 향해 비행하는 유도탄의 임무대기를 결정하고, 상기 유도탄의 현재 비행 위치를 감지하는 단계, 상기 유도탄의 기동 특성에 기초하여 상기 유도탄의 로이터 비행 순환 패턴을 결정하는 단계, 지형 고도 데이터를 이용하여, 상기 유도탄의 상기 현재 비행 위치와 다음 경로점 사이에서 로이터 비행 시작 위치를 이동하면서 상기 로이터 비행 순환 패턴에 따른 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도를 추출하는 단계, 상기 유도탄의 현재 고도와 상기 기동 특성에 기초하여, 상기 유도탄의 상기 현재 비행 위치와 상기 다음 경로점 사이의 상기 로이터 비행 시작 위치마다 상기 유도탄이 상승할 수 있는 최대상승고도를 산출하는 단계, 상기 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도와 상기 유도탄의 상기 최대상승고도에 기초하여 상기 로이터 후보 영역들 중에서 상기 유도탄이 로이터 비행을 할 수 있는 로이터 비행 가능 영역들을 결정하는 단계, 및 상기 로이터 비행 가능 영역들 중 하나를 로이터 비행 영역으로 선택하고, 임무대기명령 및 상기 로이터 비행 영역에 해당하는 로이터 비행 시작 위치를 상기 유도탄에 송신하는 단계를 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 유도탄의 기동 특성은 상기 유도탄의 최소 회전 반경을 포함할 수 있다.
다른 예에 따르면, 상기 유도탄의 로이터 비행 순환 패턴은 상기 유도탄의 통신 능력에 기초하여 미리 설정된 최소 직선비행길이보다 긴 직선비행구간을 가질 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 로이터 비행 순환 패턴에 따른 상기 로이터 후보 영역들은 상기 유도탄의 비행 방향의 좌측과 우측에 위치할 수 있다. 상기 유도탄은 상기 유도탄의 비행 방향의 좌측에 위치하는 상기 로이터 비행 가능 영역들 상에서 반시계 방향으로 순환 비행하고, 상기 유도탄의 비행 방향의 우측에 위치하는 상기 로이터 비행 가능 영역들 상에서 시계 방향으로 순환 비행할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 유도탄의 현재 비행 위치를 감지한 시간으로부터 미리 설정된 설정 시간이 경과한 후의 상기 유도탄의 제1 위치부터 상기 다음 경로점까지 상기 로이터 비행 시작 위치를 이동하면서 상기 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도를 추출하고, 상기 유도탄의 상기 제1 위치부터 상기 다음 경로점 사이의 상기 로이터 비행 시작 위치마다 상기 유도탄의 상기 최대상승고도를 산출할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 로이터 후보 영역들 중에서 하기 수식을 만족하는 로이터 후보 영역들을 상기 로이터 비행 가능 영역들로 결정할 수 있다.
Figure 112022073565767-pat00001
Figure 112022073565767-pat00002
여기서, R은 상기 유도탄의 상기 제1 위치로부터 상기 로이터 비행 시작 위치까지의 거리이고, avmax은 상기 유도탄의 수직축 최대 기동 가속도이고, V는 상기 유도탄의 수평기동속도이고, Hl은 상기 유도탄의 로이터 비행 시의 고도이고, Hclr는 지형물 충돌 방지를 위한 이격 여유 고도이고, Hf는 상기 유도탄의 현재 비행 위치 감지 시의 상기 현재 고도이고, Tmax는 상기 최대지형고도임.
또 다른 예에 따르면, 상기 로이터 비행 가능 영역들 중에서 가장 고도가 낮은 로이터 비행 가능 영역을 상기 로이터 비행 영역으로 선택할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 로이터 비행 가능 영역들 중에서 상기 유도탄의 상기 현재 비행 위치에서 가장 가까운 로이터 비행 가능 영역을 상기 로이터 비행 영역으로 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄의 로이터 제어 방법은 표적을 향해 비행하는 유도탄에 의해 수행된다. 상기 유도탄의 로이터 제어 방법은 통제 시스템으로부터 임무대기명령을 수신하는 단계, 현재 비행 위치와 현재 고도를 감지하는 단계, 지형 고도 데이터를 이용하여, 상기 현재 비행 위치와 다음 경로점 사이에서 로이터 비행 시작 위치를 이동하면서, 상기 유도탄의 기동 특성에 기초하여 미리 결정된 로이터 비행 순환 패턴에 따른 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도를 추출하는 단계, 상기 현재 고도와 상기 기동 특성에 기초하여, 상기 현재 비행 위치와 상기 다음 경로점 사이의 상기 로이터 비행 시작 위치마다 상기 유도탄이 상승할 수 있는 최대상승고도를 산출하는 단계, 상기 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도와 상기 유도탄의 상기 최대상승고도에 기초하여 상기 로이터 후보 영역들 중에서 상기 유도탄이 로이터 비행을 할 수 있는 로이터 비행 가능 영역들을 결정하는 단계, 및 상기 로이터 비행 가능 영역들 중 하나를 로이터 비행 영역으로 선택하고, 상기 로이터 비행 영역에 해당하는 로이터 비행 시작 위치에서 시작하여 상기 로이터 비행 영역 상에서 로이터 비행을 실행하는 단계를 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 현재 비행 위치를 감지한 시간으로부터 미리 설정된 설정 시간이 경과한 후의 상기 유도탄의 제1 위치부터 상기 다음 경로점까지 상기 로이터 비행 시작 위치를 이동하면서 상기 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도를 추출하고, 상기 유도탄의 상기 제1 위치부터 상기 다음 경로점 사이의 상기 로이터 비행 시작 위치마다 상기 유도탄의 상기 최대상승고도를 산출할 수 있다.
다른 예에 따르면, 상기 로이터 후보 영역들 중에서 하기 수식을 만족하는 로이터 후보 영역들을 상기 로이터 비행 가능 영역들로 결정할 수 있다.
Figure 112022073565767-pat00003
Figure 112022073565767-pat00004
여기서, R은 상기 제1 위치로부터 상기 로이터 비행 시작 위치까지의 거리이고, avmax은 상기 유도탄의 수직축 최대 기동 가속도이고, V는 상기 유도탄의 수평기동속도이고, Hl은 상기 유도탄의 로이터 비행 시의 고도이고, Hclr는 지형물 충돌 방지를 위한 이격 여유 고도이고, Hf는 상기 유도탄의 현재 비행 위치 감지 시의 상기 현재 고도이고, Tmax는 상기 최대지형고도임.
또 다른 예에 따르면, 상기 로이터 비행 가능 영역들 중에서 가장 고도가 낮은 로이터 비행 가능 영역 또는 상기 현재 비행 위치에서 가장 가까운 로이터 비행 가능 영역을 상기 로이터 비행 영역으로 선택할 수 있다.
본 발명은 유도탄의 기동특성, 유도방식, 저고도 비행운용조건, 통신유지조건, 임무대기 종료 후 다음 임무로의 전환 용이성을 고려하여, 지형물과의 충돌 없이 안전하게 로이터 비행을 할 수 있는 비행경로와 비행고도를 결정하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로이터 제어 방법은 유도탄을 통제하는 통제 시스템에서 수행될 수 있다. 통제 시스템에서 유도탄의 임무대기를 결정하면서 유도탄의 현재 비행 위치와 다음 경로점을 기초로 충돌 없이 안전하게 로이터 비행을 할 비행경로와 비행고도를 탐색하고, 임무대기 명령과 함께 비행경로와 비행고도를 포함하는 로이터 비행 정보를 유도탄에 송신할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 로이터 제어 방법은 유도탄에서 직접 수행될 수 있다. 표적을 향해 비행 중인 유도탄은 통제 시스템으로부터 임무대기 명령을 수신할 수 있다. 유도탄은 현재 비행 중인 지점에서 다음 경로점 사이에서 충돌 없이 안전하게 로이터 비행을 할 비행경로와 비행고도를 탐색하고, 탐색된 비행경로와 비행고도를 따라 로이터 비행을 할 수 있다. 예를 들면, 유도탄의 유도방식 등을 고려하여 로이터 비행 궤적을 모델링하고, 모델링된 로이터 비행 궤적으로 다른 지형물과 충돌없이 비행할 수 있는 비행 위치를 결정할 수 있다.
지형고도와 현재 비행고도의 관계를 이용하여 현재 비행고도보다 높은 지형이 존재하더라도 유도탄이 해당 지형고도보다 높이 상승할 수 있는 기동 범위 내인지 판단하고, 기동 범위 내라면 유도탄은 해당 지형고도보다 높게 기동할 수 있으며, 그에 따라 현재 비행보고보다 높은 고도에 위치하는 다른 지형물과 충돌하지 않고 안전하게 로이터 비행을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통제 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄의 로이터 제어 방법의 순서도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄의 로이터 비행 순환 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도탄의 로이터 비행 순환 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도탄의 로이터 비행 순환 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따라서 로이터 비행 시작 위치를 이동하면서 로이터 비행 순환 패턴에 따른 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도를 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라서 로이터 후보 영역들 중에서 로이터 비행 가능 영역들을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도탄의 로이터 제어 방법의 순서도를 도시한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있으므로 본 명세서에 제시하는 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 제시하는 실시예들을 설명함에 있어서 관련 공지 기술을 구체적으로 설명하는 것이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 공지 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일부 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 설명될 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는 특정 기능을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록이 수행하는 기능은 복수의 기능 블록에 의해 수행되거나, 본 개시에서 복수의 기능 블록이 수행하는 기능들은 하나의 기능 블록에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 유도탄 시스템은 통제 시스템(10), 발사대(20), 및 유도탄(100)을 포함한다.
유도탄(100)은 통제 시스템(10)의 제어에 따라 표적(30)을 향하여 발사대(20)로부터 발사될 수 있다. 예컨대, 유도탄(100)은 통제 시스템(10)에 의해 결정된 사격 제원에 따라 발사될 수 있다. 이때, 사격 제원은 사격을 위한 기계적 전기적 제어 값들을 의미한다. 예컨대, 유도탄(100)은 통제 시스템(10)에 의해 결정된 각도에 따라 발사대(20)로부터 발사될 수 있다.
통제 시스템(10)는 유도탄 시스템의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 통제 시스템(10)는 유도탄(100)에 대한 사격 제원을 설정하고, 발사대(20)가 설정된 사격 제원에 따라 유도탄(100)을 발사할 수 있도록 제어할 수 있다. 일 실시예에 따라, 통제 시스템(10)는 표적(30)의 위치에 따라 사격 제원을 산출하거나, 사용자로부터 입력받음으로써 사격 제원을 설정할 수 있다.
통제 시스템(10)은 사전 임무계획 단계에서 발사대(20)와 표적(30)의 위치를 기초로 유도탄(100)이 비행할 비행경로와 비행고도를 결정할 수 있다. 통제 시스템(10)은 사전 임무계획 단계에서 계획한 비행경로와 비행고도에 따라 유도탄(100)이 표적(30)을 향해 비행하게끔 유도 조종할 수 있다.
발사대(20)는 지상에 배치되는 고정형 발사대 또는 이동형 발사대일 수도 있고, 해상의 함정 또는 잠수함 등에 배치될 수도 있고, 공중의 항공기 또는 드론 등에 배치될 수도 있다.
유도탄(100)은 발사대(20)로부터 발사된 이후에 표적(30)을 향해 비행하면서 항법 데이터를 수집할 수 있다. 예를 들면, 유도탄(100)은 발사대(20)에서 발사된 후 통제 시스템(10)으로부터 비행 경로 데이터를 수신하고, 항법 장치를 이용하여 항법 데이터를 수집하면서, 예컨대, 조종 날개 등과 같은 구동부를 제어함으로써 유도된 비행 경로에 따라 비행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄을 개략적으로 도시한다.
도 1과 함께 도 2를 참조하면, 유도탄(100)은 제어부(110), 통신부(120), 감지부(130), 및 구동부(140)를 포함한다.
제어부(110)는 유도탄(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(110)는 통신부(120)를 통해 통제 시스템(10)으로부터 임무대기 명령 또는 다른 명령을 수신하고, 수신된 명령에 따라 구동부(140) 등을 제어할 수 있다. 제어부(1100는 감지부(130)를 이용하여 유도탄(110)의 현재 위치를 감지하고, 통제 시스템(10)의 유도 정보와 일치하도록 구동부(140)를 제어할 수 있다.
제어부(110)는 메모리와 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 또한, 메모리에는 유도탄(100)을 제어하기 위한 프로그램 코드가 일시적 또는 영구적으로 저장될 수 있다. 메모리에는 지형 고도 데이터, 예컨대, 디지털 지형 고도 데이터(DTED, Digital Terrain Elevation Data)가 저장될 수 있다. 프로세서는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 제어부(110) 내의 메모리에 저장되어 있거나, 통신부(120)를 통해 수신되어 프로세서로 제공될 수 있다.
통신부(120)는 통제 시스템(10)으로부터 임무대기 명령 또는 다른 명령을 수신할 수 있다. 통신부(120)는 통제 시스템(10)으로부터 유도 조종 데이터를 수신할 수 있다. 일 실시예에 따라, 다양한 무선 통신 방법이 본 발명에 적용될 수 있다. 통신부(120)는 통신을 용이하게 수행하기 위해 안테나부를 별도로 구비할 수 있다. 일 실시예에 따라, 안테나부는 위성 신호를 수신하기 위하여 유도탄(100)의 상단에 배치될 수 있다.
감지부(130)는 유도탄(100)의 위치 및 속도를 감지할 수 있다. 예컨대, 감지부(130)는 위성항법시스템(GPS, Global Positioning System)과 관성항법장치(INS, Inertial Navigation System)를 포함할 수 있으며, 유도탄(100)의 위치를 감지하고 이를 기초로 이동 속도를 산출할 수 있다. 감지부(130)는 감지 결과를 기초로 항법 데이터를 생성 및 처리하여 제어부(110)에 제공할 수 있다.
구동부(140)는 유도탄(100)의 자세 및 속도를 제어할 수 있다. 예컨대, 구동부(140)는 유도탄(100)의 이동 방향 등을 제어하기 위한 조종 날개를 포함할 수 있다. 조종 날개는 발사된 이후 전개 명령 또는 유도 조종 명령에 따라 전개될 수 있다.
표적(30)을 향해 발사된 유도탄(100)은 비행기처럼 비행경로를 수정해가며 비행할 수 있다. 유도탄(100)은 적군의 레이다에 탐지될 확률을 낮추기 위해 가능한 낮은 고도로 비행하며, 예컨대 건물 사이나 산맥 사이를 비행할 수도 있다.
유도탄(100)은 표적(30)을 향해 발사된 후 실질적으로 등속으로 비행하는 특성을 갖는다. 또한, 유도탄(100)은 제자리에서 고도 상승을 할 수 없다는 특성을 갖는다. 또한, 유도탄(100)은 기동성 제한이 엄격하여 일반적인 비행기나 무인 항공기(예컨대, 드론)과 같이 자유로운 기동이 어려우며, 은닉성 확보를 위해 저고도 비행이 유리하다는 특성을 갖는다.
최근 무선 통신 기술의 발달로 인해, 유도탄(100)이 표적(30)을 향해 비행하고 있는 도중에도, 통제 시스템(10)과 유도탄(100) 간의 무선 통신을 통해 유도탄(100)의 현재 임무를 대기시킨 후 다른 임무로 변경하는 방법이 개발되고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 표적(30)을 향해 비행 중인 유도탄(100)이 임무대기 명령을 수신하면 현재 비행 위치와 다음 경로점 사이에서 로이터 비행을 하기에 적합한 비행경로와 비행고도를 결정하고, 다음 명령을 수신하기 전까지 결정된 비행경로와 비행고도를 따라 로이터 비행을 하게 된다.
만약 로이터 비행을 하는 지역에 존재하는 높은 지형물과 충돌하지 않기 위해서는 현재 비행고도로부터 기동성 한계 이상으로 상승해야 한다면, 이와 같은 수직축 유도가 불가능하므로 임무를 실패하게 된다. 따라서 로이터 비행은 지형물과 충돌하지 않고 다음 명령의 수신을 기다리며 안전하게 비행할 수 있도록 계획되어야 한다.
또한, 임무대기 명령을 수신한 후 로이터 비행을 하고 있는 유도탄(100)은 기존 임무를 계속 수행하라는 명령을 수신할 수도 있고, 기존 임무와 다른 임무를 수행하라는 명령을 수신할 수도 있다. 즉, 로이터 비행 중인 유도탄(100)은 동일 표적을 향해, 또는 기존 경로를 따라 다시 비행하라는 명령을 수신할 수도 있고, 새로운 임무로 전환되어 다른 표적을 향해, 또는 기존 경로와 다른 경로를 따라 비행하라는 명령을 수신할 수도 있다. 따라서, 유도탄(100)은 현재 비행 위치의 인근에서 저고도로 로이터 비행을 함으로써, 대기 해제 후에, 즉, 다른 명령을 수신하였을 때, 다음 경로에 수월하게 진입할 수 있다.
한편, 유도탄(100)은 로이터 비행 중에도 통제 시스템(10)과 통신을 유지할 수 있어야만 다음 명령을 수신할 수 있으므로, 로이터 비행 경로 중에는 통신을 유지할 수 있는 구간이 존재해야 한다.
아래에서는 이러한 요구사항을 만족할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄의 로이터 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통제 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 3을 참조하면, 통제 시스템(10)은 메모리(11), 프로세서(12), 및 통신 모듈(13)을 포함할 수 있다.
메모리(11)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 메모리(11)에는 유도탄(100)의 로이터 비행을 제어하기 위한 프로그램 코드가 일시적 또는 영구적으로 저장될 수 있다. 메모리(11)에는 지형 고도 데이터, 예컨대, 디지털 지형 고도 데이터(DTED, Digital Terrain Elevation Data)가 저장될 수 있다.
프로세서(12)는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 메모리(11) 또는 통신 모듈(13)에 의해 프로세서(12)로 제공될 수 있다.
통신 모듈(13)은 네트워크를 통해 외부 장치(예컨대, 유도탄(100), 및 발사대(20))와 통신하기 위한 기능을 제공할 수 있다. 통신 방식은 제한되지 않으며, 네트워크가 포함할 수 있는 통신망(일례로, 이동통신망, 유선 인터넷, 무선 인터넷, 방송망, 위성 통신망)을 활용하는 통신 방식뿐만 아니라 기기들간의 근거리 무선 통신 역시 포함될 수 있다. 예를 들어, 네트워크는, PAN(personal area network), LAN(local area network), CAN(campus area network), MAN(metropolitan area network), WAN(wide area network), BBN(broadband network), 인터넷 등의 네트워크 중 하나 이상의 임의의 네트워크를 포함할 수 있다. 또한, 네트워크는 버스 네트워크, 스타 네트워크, 링 네트워크, 메쉬 네트워크, 스타-버스 네트워크, 트리 또는 계층적(hierarchical) 네트워크 등을 포함하는 네트워크 토폴로지 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄의 로이터 제어 방법의 순서도를 도시한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄(100)의 로이터 제어 방법은 통제 시스템(10)의 프로세서(12)에 의해 수행될 수 있다.
통제 시스템(10)은 표적을 향해 비행하는 유도탄(100)의 임무대기를 결정할 수 있다(S110). 일 예에 따르면, 통제 시스템(10)의 임무통제자는 다양하게 수집된 정보들을 기초로 유도탄(100)의 임무대기를 결정할 수 있으며, 이를 통제 시스템(10)에 입력함으로써 통제 시스템(10)은 유도탄(100)의 임무대기를 결정할 수 있다. 예를 들면, 비행 중인 유도탄(100)의 표적이 변경될 수 있으며, 이를 위해 통제 시스템(10)은 유도탄(100)의 임무대기를 결정할 수 있다. 임무통제자는 유도탄(100)의 표적 타격 시간을 지연시키는 것으로 결정할 수 있으며, 이 경우 통제 시스템(10)은 임무 통제자의 임무대기 입력에 따라 유도탄(100)의 임무대기를 결정할 수 있다. 임무 통제자는 유도탄(100)의 임무를 영구적으로 중단시키거나 일시적으로 대기시킬 수 있으며, 이 경우에도 통제 시스템(10)은 임무 통제자의 임무대기 입력에 따라 유도탄(100)의 임무대기를 결정할 수 있다.
다른 예에 따르면, 통제 시스템(10)은 자체적으로 유도탄(100)의 임무대기를 결정할 수 있다. 예를 들면, 유도탄(100)이 표적(30)을 향하여 비행하고 있는 중에, 표적(30)이 다른 유도탄이나 다른 공격 무기에 의해 파괴되는 등의 원인에 의해 사라지는 것이 감지되면 통제 시스템(100)은 유도탄(100)의 임무대기를 스스로 결정할 수 있다. 유도탄(100)이 표적(30)을 향하여 비행하고 있는 중에, 표적(30의 주변에 아군이나 민간인이 감지되는 경우, 통제 시스템(100)은 유도탄(100)의 임무대기를 결정할 수 있다.
통제 시스템(10)은 유도탄(100)의 현재 비행 위치 및 현재 고도를 감지할 수 있다(S120). 통제 시스템(10)은 통신을 통해 유도탄(100)으로부터 현재 비행 위치와 현재 고도를 수신하거나, 레이다 장비 등과 같은 감시 장비를 통해 유도탄(100)의 현재 비행 위치와 현재 고도를 감지할 수 있다.
통제 시스템(10)은 유도탄(100)의 기동 특성에 기초하여 유도탄(100)의 로이터 비행 순환 패턴을 결정할 수 있다(S130). 예를 들면, 유도탄의 기동 특성은 유도탄의 최소 회전 반경일 수 있다. 그 외에도, 유도탄의 기동 특성은 유도탄의 비행 속력, 통신 능력, 센서 요구조건 등을 포함할 수 있다. 센서는 보정항법 센서, 지형 센서, 전파 센서, 고도 센서 등을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도탄의 로이터 비행 순환 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 통제 시스템(10)이 단계(S110)에서 유도탄(100)의 임무대기를 결정할 때, 유도탄(100)이 경로점(WPi)에서 다음 경로점(WPi+1)으로 비행 중인 것으로 가정한다. 경로점(WPi)과 다음 경로점(WPi+1)은 표적(30)을 향한 기존 비행 경로 상의 경로점들이다.
유도탄(100)은 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 비행 방향(D)의 우측에서 시계 방향으로 순환하는 비행을 할 수 있다. 이러한 시계 방향의 순환 비행이 로이터 비행 순환 패턴이다. 로이터 비행 순환 패턴은 유도탄(100)의 기동 특성에 따라 달라질 수 있다. 유도탄(100)의 최소 회전 반경이 클 경우, 로이터 비행 순환 패턴도 역시 커지게 된다.
로이터 비행 순환 패턴은 기존 비행 경로에 영향을 주지 않으면서, 이후에 기존 비행 경로를 계속 비행하라는 임무가 다시 부여될 경우 기존 비행 경로로 재진입하기에 효과적이도록 설정될 수 있다. 일 예에 따르면, 로이터 비행 순환 패턴은 원형 또는 타원형일 수 있다. 다른 예에 따르면, 로이터 비행 순환 패턴은 둥근 다각형, 예컨대, 둥근 직사각형 형태일 수 있다.
유도탄(100)은 경로점(WPi)에서 다음 경로점(WPi+1)을 향해 비행하다가 로이터 비행 시작점(LP)에서부터 로이터 비행 순환 패턴을 따라 로이터 비행을 시작할 수 있다.
도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 유도탄(100)은 비행 방향(D)의 좌측에서 반시계 방향으로 순환하는 비행을 할 수 있다. 이러한 반시계 방향의 순환 비행 역시 로이터 비행 순환 패턴일 수 있다.
도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 유도탄(100)은 비행 방향(D)의 우측에서 시계 방향으로 순환하는 비행과 비행 방향(D)의 좌측에서 반시계 방향으로 순환하는 비행을 번갈아 실행할 수 있다. 이와 같이 8자 형태의 순환 비행도 하나의 로이터 비행 순환 패턴일 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도탄의 로이터 비행 순환 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 로이터 비행 순환 패턴은 유도탄(100)의 특성에 따라 직선비행구간을 가질 수 있다. 예를 들면, 유도탄(100)은 위성과의 원활한 통신 유지를 위해 필요한 최소 직선비행길이가 미리 설정될 수 있으며, 로이터 비행 순환 패턴은 최소 직선비행길이보다 긴 직선비행구간을 가질 수 있다. 도 6의 (a)는 0보다 큰 수평 직선비행구간(Dh)과 수직 직선비행구간(Dv)을 갖는 로이터 비행 순환 패턴을 도시하고, 도 6의 (a)는 수평 직선비행구간(Dh)과 수직 직선비행구간(Dv)이 0인 로이터 비행 순환 패턴, 즉, 원형인 로이터 비행 순환 패턴을 도시한다. 선회비행구간보다는 직선비행구간에서 유도탄(100)은 위성과 안정적으로 통신을 할 수 있으므로, 수평 및 수직 직선비행구간(Dv, Dh)의 길이는 유도탄(100)의 안테나 부착 위치나 통신 성능에 맞게 설정될 수 있다. 이때, 유도탄(100)의 기동 특성, 유도탄(100)의 센서 성능과 운용 환경 제약조건이 함께 고려될 수 있다.
로이터 비행 순환 패턴은 유도탄(100)의 수평축 유도법칙을 고려하여 선회비행구간과 직선비행구간을 포함하도록 모델링될 수 있다. 통제 시스템(10)은 경로점 유도방식의 유도탄(100)이 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 로이터 비행 순환 패턴을 따라 비행하기 위해 필요한 경로점들(LP, LP1a, LP2a, LP3a, LP1b, LP2b, LP3b)을 계산할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도탄의 로이터 비행 순환 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 유도탄(100)은 경로점 지정 방식으로 유도될 수 있으며, 선회시작점(LP, LP2, LP4, LP6)과 선회종료 후 직선비행시작점(LP1, LP3, LP5, LP7)이 모두 지정될 수도 있다.
본 발명은 유도탄(100)의 경로점 지정 방식으로서, 도 6에 도시된 바와 같이 선회 시작점만 지정되는 방식과 도 7에 도시된 바와 같이 선회 시작점과 직선비행시작점이 모두 지정되는 방식이 모두 적용될 수 있다. 즉, 본 발명은 경로점 지정 방식에 무관하게 적용될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 통제 시스템(10)은 지형 고도 데이터를 이용하여, 유도탄(100)의 현재 비행 위치와 다음 경로점 사이에서 로이터 비행 시작 위치를 이동하면서 로이터 비행 순환 패턴에 따른 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도를 추출할 수 있다(S140).
유도탄(100)의 현재 비행 위치는 단계(S120)에서 감지된 것으로서, 예컨대, 도 5의 이전 경로점(WPi)과 다음 경로점(WPi+1) 사이의 위치일 수 있다. 일 예에 따르면, 유도탄(100)의 다음 경로점은 도 5의 다음 경로점(WPi+1)일 수 있다. 다른 예에 따르면, 유도탄(100)의 다음 경로점은 표적(30)을 향한 기존 비행 경로에서 현재 비행 위치에서 가장 가까운 변침점일 수 있다.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따라서 로이터 비행 시작 위치를 이동하면서 로이터 비행 순환 패턴에 따른 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도를 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 8a는 로이터 후보 영역들이 비행 방향의 좌측에 위치하는 예를 도시하고, 도 8b는 로이터 후보 영역들이 비행 방향의 우측에 위치하는 예를 도시한다.
도 8a와 도 8b를 참조하면, 통제 시스템(10)은 유도탄(100)의 임무대기를 결정하면, 현재 비행 위치(P) 주변에서 유도탄(100)이 로이터 비행을 실행할 영역을 탐색할 수 있다. 통제 시스템(10)은 유도탄(100)의 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1) 사이에서 로이터 비행을 실행할 영역을 탐색할 수 있다. 현재 비행 위치(P)는 이전 경로점(WPi)과 다음 경로점(WPi+1) 사이의 위치일 수 있다. 설정 시간(T)은 통제 시스템(10)이 유도탄(100)의 임무대기를 결정한 후 최종적으로 로이터 비행 경로를 결정하여 유도탄(100)에 임무대기 명령과 함께 로이터 비행 경로 정보를 송신하고 유도탄(100)이 이를 수신하는데까지 소요되는 필요한 시간일 수 있다. 설정 시간(T)이 너무 짧게 설정되는 경우, 통제 시스템(10)이 로이터 비행 경로를 결정했을 때 이미 유도탄(100)이 로이터 비행 경로를 지나쳐서 로이터 비행 경로에 진입할 수 없을 수도 있기 때문이다.
통제 시스템(10)은 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1) 사이에서 로이터 비행 시작 위치(LP)를 이동하면서 로이터 비행 순환 패턴에 따른 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도를 추출할 수 있다. 로이터 비행 순환 패턴은 단계(S130)에서 유도탄(100)에 따라 결정된 로이터 비행 순환 패턴이다. 통제 시스템(10)은 예컨대 메모리(11)에 저장된 지형 고도 데이터를 이용하여 로이터 비행 순환 패턴에 따른 로이터 후보 영역의 최대지형고도를 추출할 수 있다. 통제 시스템(10)은 로이터 비행 시작 위치(LP)를 이동하면서 로이터 후보 영역의 최대지형고도를 추출함으로써 도 8a와 도 8b의 우측에 도시된 그래프를 생성할 수 있다.
로이터 비행 시작 위치(LP)는 비행 방향으로 지형 고도 데이터(예컨대, 디지털 지형 고도 데이터(DTED))의 해상도 또는 일정 간격으로 이동할 수 있다. 로이터 비행 시작 위치(LP)를 비행 방향으로 이동하면서, 도 8a와 도 8b의 우측 그래프와 같이 거리(R)에 따른 로이터 후보 영역의 최대지형고도의 값을 얻을 수 있다.
도 8a의 우측 그래프는 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1)을 향한 거리(R)에 따른 좌측 로이터 후보 영역의 최대지형고도를 나타내고, 도 8b의 우측 그래프는 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1)을 향한 거리(R)에 따른 우측 로이터 후보 영역의 최대지형고도를 나타낸다. 이와 같이, 통제 시스템(10)은 유도탄(100)의 비행 방향의 좌측과 우측에서 로이터 비행을 실행할 영역을 탐색할 수 있다. 도 8a와 도 8b의 우측 그래프와 같이 한 지점(LP)에서 시작하는 로이터 후보 영역의 최대지형고도가 하나의 값으로 표시될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 통제 시스템(10)은 유도탄(100)의 현재 고도와 기동 특성에 기초하여, 유도탄(100)의 현재 비행 위치와 다음 경로점 사이의 로이터 비행 시작 위치마다 유도탄이 상승할 수 있는 최대상승고도를 산출할 수 있다(S150).
통제 시스템(10)은 유도탄(100)의 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1) 사이에서 로이터 비행 시작 위치(LP)마다 유도탄(100)이 상승할 수 있는 최대상승고도를 산출할 수 있다. 예를 들면, 통제 시스템(10)은 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1)을 향한 거리(R)에 대하여 유도탄(100)이 상승할 수 있는 최대상승고도(Hmax)를 산출할 수 있다. 통제 시스템(10)은 거리(R)에 대한 유도탄(100)의 최대상승고도(Hmax)를 Hmax(R)=(avmax/6)(R/V)2+Hf에 따라 산출할 수 있다. 여기서, R은 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1)을 향한 거리이고, avmax은 유도탄(100)의 수직축 최대 기동 가속도이고, V는 유도탄(100)의 수평기동속도이고, Hf는 유도탄(100)의 현재 고도이다.
통제 시스템(10)은 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도와 유도탄(100)의 최대상승고도에 기초하여 로이터 후보 영역들 중에서 유도탄(100)이 로이터 비행을 할 수 있는 로이터 비행 가능 영역들을 결정할 수 있다(S160). 유도탄(100)의 현재 고도에서 로이터 비행으로 전환할 경우, 로이터 비행 영역에 최대상승고도보다 높은 지형물이 존재할 경우 로이터 비행 시에 이 지형물과 충돌이 발생할 수 있다. 이와 같은 로이터 비행 영역 내의 지형물과의 충돌 가능성이 있는 로이터 후보 영역들을 배제함으로써, 현재 고도로부터 최대로 상승할 경우 지형물과 충돌없이 로이터 비행을 실행할 수 있는 영역인지를 확인할 수 있다.
통제 시스템(10)은 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1)을 향한 거리(R)에 대하여 단계(S140)에서 추출한 로이터 후보 영역의 최대지형고도와 단계(S150)에서 산출한 유도탄(100)이 상승할 수 있는 최대상승고도를 비교하여, 거리(R)를 기초로 특정되는 로이터 후보 영역들 중에서 유도탄(100)이 로이터 비행을 할 수 있는 로이터 비행 가능 영역들을 결정할 수 있다.
일 예에 따르면, 통제 시스템(10)은 로이터 후보 영역들 중에서 아래의 수식들을 만족하는 로이터 후보 영역들을 로이터 비행 가능 영역들로 결정할 수 있다.
Figure 112022073565767-pat00005
Figure 112022073565767-pat00006
여기서, R은 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1)을 향한 거리이다. avmax은 유도탄(100)의 수직축 최대 기동 가속도로서, 유도탄(100)이 수직 방향으로 기동할 수 있는 최대 가속도이다. V는 유도탄(100)의 수평기동속도로서, 유도탄(100)이 표적(30)을 향해 비행할 때 수평 방향의 속력이다. avmax와 V는 각각 유도탄(100)의 기동 특성 중 하나로서 메모리(11) 내에 미리 저장될 수 있다.
Hl은 유도탄(100)의 로이터 비행 시의 고도로서, Tmax+Hclr와 같다고 정의된다. Hf는 유도탄(100)의 현재 고도로서, 현재 비행 위치 감지 시의 고도일 수 있다. Hclr는 지형물 충돌 방지를 위해 설정된 최대지형고도의 지형물로부터 이격 여유 고도로서, 임무 통제자에 의해 미리 설정될 수 있다. Hclr는 안전고도로 지칭될 수 있다. Tmax는 거리(R)의 로이터 후보 영역의 최대지형고도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라서 로이터 후보 영역들 중에서 로이터 비행 가능 영역들을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9의 우측 그래프에는 유도탄(100)의 최대상승고도가 표시된다. 거리(R)에 따라 유도탄(100)의 최대상승고도 역시 커진다.
도 9의 우측 그래프에서 검은색 점은 로이터 비행이 불가능한 로이터 후보 영역들을 의미한다. 여기에서는 로이터 후보 영역들의 최대지형고도가 유도탄의 최대상승고도보다 높거나, 유도탄의 최대상승고도가 로이터 후보 영역들의 최대지형고도보다 높더라도 이격 여유 고도(Hclr)를 확보할 수 없는 경우이다.
도 9의 우측 그래프에서 흰색 점은 로이터 비행이 가능한 로이터 후보 영역들을 의미한다. 여기에서는 유도탄의 최대상승고도가 로이터 후보 영역들의 최대지형고도보다 높고, 이격 여유 고도(Hclr)를 확보할 수 있는 경우이다.
다시 도 4를 참조하면, 통제 시스템(10)은 현재 비행 위치(P)과 다음 경로점(WPi+1) 사이의 로이터 후보 영역들 중에서 유도탄(100)이 로이터 비행을 할 수 있는 로이터 비행 가능 영역이 없다고 결정한 경우, 다음 경로점(WPi+1)과 다다음 경로점(WPi+2) 사이에서 로이터 비행 가능 영역을 결정하기 위해 다음 경로점(WPi+1)과 다다음 경로점(WPi+2) 사이에 대하여 단계들(S140 내지 S160)을 반복할 수 있다.
통제 시스템(10)은 단계(S160)에서 결정된 로이터 비행 가능 영역들 중 하나를 로이터 비행 영역으로 선택할 수 있다(S170). 일 예에 따르면, 통제 시스템(10)은 로이터 비행 가능 영역들 중에서 가장 고도가 낮은 로이터 비행 가능 영역을 로이터 비행 영역으로 선택할 수 있다. 다른 예에 따르면, 통제 시스템(10)은 로이터 비행 가능 영역들 중에서 유도탄(100)의 현재 비행 위치(P)에서 가장 가까운 로이터 비행 가능 영역을 로이터 비행 영역으로 선택할 수 있다.
통제 시스템(10)은 임무대기명령 및 로이터 비행 영역에 해당하는 로이터 비행 시작 위치(LP)를 유도탄(100)에 송신할 수 있다(S180). 통제 시스템은 로이터 비행 시작 위치(LP)뿐만 아니라 단계(S170)에서 선택된 로이터 비행 영역의 경로 정보를 유도탄(100)에 송신할 수 있다. 유도탄(100)은 임무대기명령과 로이터 비행 영역의 경로 정보를 수신하고, 로이터 비행 시작 위치(LP)에 도달하면 경로 정보에 따라 로이터 비행을 실행할 수 있다. 유도탄(100)은 로이터 비행 중에 통제 시스템(10)으로부터 새로운 임무 명령이 수신되면 새로운 임무 명령에 따른 동작을 실행할 수 있다.
도 10는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도탄의 로이터 제어 방법의 순서도를 도시한다.
도 1 내지 도 3, 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도탄(100)의 로이터 제어 방법은 표적(30)을 향해 비행하는 유도탄(100) 내의 제어부(110), 예컨대, 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
제어부(110)는 통제 시스템(10)으로부터 임무대기명령을 수신할 수 있다(S210). 일 예에 따르면, 통제 시스템(10)의 임무통제자는 다양하게 수집된 정보들을 기초로 유도탄(100)의 임무대기를 결정할 수 있으며, 이를 통제 시스템(10)에 입력함으로써 통제 시스템(10)은 유도탄(100)에 임무대기명령을 송신할 수 있다. 다른 예에 따르면, 통제 시스템(10)은 자체적으로 유도탄(100)의 임무대기를 결정할 수 있으며, 유도탄(100)에 임무대기명령을 송신할 수 있다.
제어부(110)는 유도탄(100)의 현재 비행 위치 및 현재 고도를 감지할 수 있다(S220). 제어부(110)는 임무대기명령에 응답하여 항법 시스템 및 고도계 등과 같은 감지부(130)를 이용하여 유도탄(100)의 현재 비행 위치 및 현재 고도를 감지할 수 있다. 제어부(110)에는 유도탄(100)의 기동 특성, 통신 특성, 센서 요구조건 등에 기초하여 사전에 설정된 로이터 비행 순환 패턴이 미리 저장될 수 있다.
제어부(110)는 지형 고도 데이터를 이용하여, 유도탄(100)의 현재 비행 위치와 다음 경로점 사이에서 로이터 비행 시작 위치를 이동하면서 유도탄(100)의 기동 특성에 기초하여 미리 결정된 로이터 비행 순환 패턴에 따른 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도를 추출할 수 있다(S230).
유도탄(100)의 현재 비행 위치는 예컨대, 도 5의 경로점(WPi)이고, 유도탄(100)의 다음 경로점은 예컨대, 도 5의 다음 경로점(WPi+1)일 수 있다. 다음 경로점은 표적(30)을 향한 기존 비행 경로에서 현재 비행 위치에서 가장 가까운 변침점일 수 있다.
도 8a와 도 8b를 참조하면, 유도탄(100)의 제어부(110)는 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1) 사이에서 로이터 비행을 실행할 영역을 탐색할 수 있다. 설정 시간(T)은 단계(S210)에서 통제 시스템(10)으로부터 임무대기명령을 수신한 후 최종적으로 로이터 비행 경로를 결정하는데까지 필요한 시간일 수 있다. 설정 시간(T)이 너무 짧게 설정되는 경우, 제어부(110)가 로이터 비행 경로를 결정했을 때 이미 유도탄(100)이 로이터 비행 경로를 지나쳐서 로이터 비행 경로에 진입할 수 없을 수가 있다.
제어부(110)는 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1) 사이에서 로이터 비행 시작 위치(LP)를 이동하면서 로이터 비행 순환 패턴에 따른 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도를 추출할 수 있다. 로이터 비행 시작 위치(LP)는 비행 방향으로 지형 고도 데이터(예컨대, 디지털 지형 고도 데이터(DTED))의 해상도 또는 일정 간격으로 이동할 수 있다. 제어부(110)는 예컨대 메모리에 미리 저장된 지형 고도 데이터를 이용하여 로이터 비행 순환 패턴에 따른 로이터 후보 영역의 최대지형고도를 추출할 수 있다. 제어부(110)는 로이터 비행 시작 위치(LP)를 비행 방향으로 이동하면서 도 8a와 도 8b의 우측 그래프와 같이 거리(R)에 따른 로이터 후보 영역의 최대지형고도의 값을 얻을 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 제어부(110)는 유도탄(100)의 현재 고도와 기동 특성에 기초하여, 유도탄(100)의 현재 비행 위치와 다음 경로점 사이의 로이터 비행 시작 위치마다 유도탄이 상승할 수 있는 최대상승고도를 산출할 수 있다(S240).
제어부(110)는 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1) 사이에서 로이터 비행 시작 위치(LP)마다 유도탄(100)이 상승할 수 있는 최대상승고도를 산출할 수 있다. 예를 들면, 제어부(110)는 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1)을 향한 거리(R)에 대하여 유도탄(100)이 상승할 수 있는 최대상승고도(Hmax)를 산출할 수 있다. 제어부(110)는 거리(R)에 대한 유도탄(100)의 최대상승고도(Hmax)를 Hmax(R)=(avmax/6)(R/V)2+Hf에 따라 산출할 수 있다. 여기서, R은 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1)을 향한 거리이고, avmax은 유도탄(100)의 수직축 최대 기동 가속도이고, V는 유도탄(100)의 수평기동속도이고, Hf는 유도탄(100)의 현재 고도이다.
제어부(110)는 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도와 유도탄(100)의 최대상승고도에 기초하여 로이터 후보 영역들 중에서 유도탄(100)이 로이터 비행을 할 수 있는 로이터 비행 가능 영역들을 결정할 수 있다(S250). 제어부(110)는 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1)을 향한 거리(R)에 대하여 단계(S230)에서 추출한 로이터 후보 영역의 최대지형고도와 단계(S40)에서 산출한 유도탄(100)이 상승할 수 있는 최대상승고도를 비교하여, 거리(R)를 기초로 특정되는 로이터 후보 영역들 중에서 유도탄(100)이 로이터 비행을 할 수 있는 로이터 비행 가능 영역들을 결정할 수 있다.
일 예에 따르면, 제어부(110)는 로이터 후보 영역들 중에서 아래의 수식들을 만족하는 로이터 후보 영역들을 로이터 비행 가능 영역들로 결정할 수 있다.
Figure 112022073565767-pat00007
Figure 112022073565767-pat00008
여기서, R은 현재 비행 위치(P)에서 미리 설정된 설정 시간(T)이 지난 다음 위치부터 다음 경로점(WPi+1)을 향한 거리이다. avmax은 유도탄(100)의 수직축 최대 기동 가속도로서, 유도탄(100)이 수직 방향으로 기동할 수 있는 최대 가속도이다. V는 유도탄(100)의 수평기동속도로서, 유도탄(100)이 표적(30)을 향해 비행할 때 수평 방향의 속력이다. avmax와 V는 각각 유도탄(100)의 기동 특성 중 하나로서 제어부(110) 내 메모리에 미리 저장될 수 있다.
Hl은 유도탄(100)의 로이터 비행 시의 고도이다. Hf는 유도탄(100)의 현재 고도로서, 현재 비행 위치 감지 시의 고도일 수 있다. Hclr는 지형물 충돌 방지를 위해 설정된 최대지형고도의 지형물로부터 이격 여유 고도로서, 임무 통제자에 의해 미리 설정될 수 있다. Hclr는 안전고도로 지칭될 수 있다. Tmax는 거리(R)의 로이터 후보 영격의 최대지형고도이다.
제어부(110)는 현재 비행 위치(P)과 다음 경로점(WPi+1) 사이의 로이터 후보 영역들 중에서 유도탄(100)이 로이터 비행을 할 수 있는 로이터 비행 가능 영역이 없다고 결정한 경우, 다음 경로점(WPi+1)과 다다음 경로점(WPi+2) 사이에서 로이터 비행 가능 영역을 결정하기 위해 다음 경로점(WPi+1)과 다다음 경로점(WPi+2) 사이에 대하여 단계들(S230 내지 S250)을 반복할 수 있다.
제어부(110)는 단계(S250)에서 결정된 로이터 비행 가능 영역들 중 하나를 로이터 비행 영역으로 선택할 수 있다(S260). 일 예에 따르면, 제어부(110)는 로이터 비행 가능 영역들 중에서 가장 고도가 낮은 로이터 비행 가능 영역을 로이터 비행 영역으로 선택할 수 있다. 다른 예에 따르면, 제어부(110)는 로이터 비행 가능 영역들 중에서 유도탄(100)의 현재 비행 위치(P)에서 가장 가까운 로이터 비행 가능 영역을 로이터 비행 영역으로 선택할 수 있다.
제어부(110)는 단계(S260)에서 선택한 로이터 비행 영역에 해당하는 로이터 비행 시작 위치에서 시작하여 로이터 비행 영역 상에서 로이터 비행을 실행할 수 있다(S270). 유도탄(100)은 로이터 비행 중에 통제 시스템(10)으로부터 새로운 임무 명령이 수신되면 새로운 임무 명령에 따른 동작을 실행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 비행 중인 유도탄(100)이 사전에 계획되지 않은 임무대기명령을 수신하였을 때, 현재 비행 중인 지점에서 가까우면서 지형물과 충돌하지 않으면서 로이터 비행할 수 있는 지역을 탐색할 수 있다. 유도탄(100)의 유도 방식 등을 고려하여 로이터 비행 순환 패턴을 모델링하고, 유도탄(100)의 현재 고도와 지형 고도의 관계를 이용하여 현재 고도보다 높은 지형물이 존재하더라도 수직축 기동 범위 내에 있는 지형물이라면 충돌하지 않고 로이터 비행을 실행할 수 있다. 본 발명은 이동하면서 상승할 수 있음을 고려하여 충돌하지 않고 로이터 비행할 수 있는 로이터 비행 영역 및 이때의 비행 고도를 제안할 수 있다.
한편, 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 표적을 향해 비행하는 유도탄의 임무대기를 결정하고, 상기 유도탄의 현재 비행 위치를 감지하는 단계;
    상기 유도탄의 기동 특성에 기초하여 상기 유도탄의 로이터 비행 순환 패턴을 결정하는 단계;
    지형 고도 데이터를 이용하여, 상기 유도탄의 상기 현재 비행 위치와 다음 경로점 사이에서 로이터 비행 시작 위치를 이동하면서 상기 로이터 비행 순환 패턴에 따른 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도를 추출하는 단계;
    상기 유도탄의 현재 고도와 상기 기동 특성에 기초하여, 상기 유도탄의 상기 현재 비행 위치와 상기 다음 경로점 사이의 상기 로이터 비행 시작 위치마다 상기 유도탄이 상승할 수 있는 최대상승고도를 산출하는 단계;
    상기 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도와 상기 유도탄의 상기 최대상승고도에 기초하여 상기 로이터 후보 영역들 중에서 상기 유도탄이 로이터 비행을 할 수 있는 로이터 비행 가능 영역들을 결정하는 단계; 및
    상기 로이터 비행 가능 영역들 중 하나를 로이터 비행 영역으로 선택하고, 임무대기명령 및 상기 로이터 비행 영역에 해당하는 로이터 비행 시작 위치를 상기 유도탄에 송신하는 단계를 포함하는 유도탄의 로이터 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유도탄의 기동 특성은 상기 유도탄의 최소 회전 반경을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도탄의 로이터 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유도탄의 로이터 비행 순환 패턴은 상기 유도탄의 통신 능력에 기초하여 미리 설정된 최소 직선비행길이보다 긴 직선비행구간을 갖는 것을 특징으로 하는 유도탄의 로이터 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로이터 비행 순환 패턴에 따른 상기 로이터 후보 영역들은 상기 유도탄의 비행 방향의 좌측과 우측에 위치하고,
    상기 유도탄은 상기 유도탄의 비행 방향의 좌측에 위치하는 상기 로이터 비행 가능 영역들 상에서 반시계 방향으로 순환 비행하고, 상기 유도탄의 비행 방향의 우측에 위치하는 상기 로이터 비행 가능 영역들 상에서 시계 방향으로 순환 비행하는 것을 특징으로 하는 유도탄의 로이터 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유도탄의 현재 비행 위치를 감지한 시간으로부터 미리 설정된 설정 시간이 경과한 후의 상기 유도탄의 제1 위치부터 상기 다음 경로점까지 상기 로이터 비행 시작 위치를 이동하면서 상기 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도를 추출하고, 상기 유도탄의 상기 제1 위치부터 상기 다음 경로점 사이의 상기 로이터 비행 시작 위치마다 상기 유도탄의 상기 최대상승고도를 산출하는 것을 특징으로 하는 유도탄의 로이터 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 로이터 후보 영역들 중에서 하기 수식을 만족하는 로이터 후보 영역들을 상기 로이터 비행 가능 영역들로 결정하는 것을 특징으로 하는 유도탄의 로이터 제어 방법.
    Figure 112022073565767-pat00009

    Figure 112022073565767-pat00010

    여기서, R은 상기 유도탄의 상기 제1 위치로부터 상기 로이터 비행 시작 위치까지의 거리이고, avmax은 상기 유도탄의 수직축 최대 기동 가속도이고, V는 상기 유도탄의 수평기동속도이고, Hl은 상기 유도탄의 로이터 비행 시의 고도이고, Hclr는 지형물 충돌 방지를 위한 이격 여유 고도이고, Hf는 상기 유도탄의 현재 비행 위치 감지 시의 상기 현재 고도이고, Tmax는 상기 최대지형고도임.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로이터 비행 가능 영역들 중에서 가장 고도가 낮은 로이터 비행 가능 영역을 상기 로이터 비행 영역으로 선택하는 것을 특징으로 하는 유도탄의 로이터 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 로이터 비행 가능 영역들 중에서 상기 유도탄의 상기 현재 비행 위치에서 가장 가까운 로이터 비행 가능 영역을 상기 로이터 비행 영역으로 선택하는 것을 특징으로 하는 유도탄의 로이터 제어 방법.
  9. 표적을 향해 비행하는 유도탄에 의해 수행되는 로이터 제어 방법에 있어서,
    통제 시스템으로부터 임무대기명령을 수신하는 단계;
    현재 비행 위치와 현재 고도를 감지하는 단계;
    지형 고도 데이터를 이용하여, 상기 현재 비행 위치와 다음 경로점 사이에서 로이터 비행 시작 위치를 이동하면서, 상기 유도탄의 기동 특성에 기초하여 미리 결정된 로이터 비행 순환 패턴에 따른 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도를 추출하는 단계;
    상기 현재 고도와 상기 기동 특성에 기초하여, 상기 현재 비행 위치와 상기 다음 경로점 사이의 상기 로이터 비행 시작 위치마다 상기 유도탄이 상승할 수 있는 최대상승고도를 산출하는 단계;
    상기 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도와 상기 유도탄의 상기 최대상승고도에 기초하여 상기 로이터 후보 영역들 중에서 상기 유도탄이 로이터 비행을 할 수 있는 로이터 비행 가능 영역들을 결정하는 단계; 및
    상기 로이터 비행 가능 영역들 중 하나를 로이터 비행 영역으로 선택하고, 상기 로이터 비행 영역에 해당하는 로이터 비행 시작 위치에서 시작하여 상기 로이터 비행 영역 상에서 로이터 비행을 실행하는 단계를 포함하는 로이터 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 현재 비행 위치를 감지한 시간으로부터 미리 설정된 설정 시간이 경과한 후의 상기 유도탄의 제1 위치부터 상기 다음 경로점까지 상기 로이터 비행 시작 위치를 이동하면서 상기 로이터 후보 영역들 각각의 최대지형고도를 추출하고, 상기 유도탄의 상기 제1 위치부터 상기 다음 경로점 사이의 상기 로이터 비행 시작 위치마다 상기 유도탄의 상기 최대상승고도를 산출하는 것을 특징으로 하는 로이터 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 로이터 후보 영역들 중에서 하기 수식을 만족하는 로이터 후보 영역들을 상기 로이터 비행 가능 영역들로 결정하는 것을 특징으로 하는 로이터 제어 방법.
    Figure 112022073565767-pat00011

    Figure 112022073565767-pat00012

    여기서, R은 상기 제1 위치로부터 상기 로이터 비행 시작 위치까지의 거리이고, avmax은 상기 유도탄의 수직축 최대 기동 가속도이고, V는 상기 유도탄의 수평기동속도이고, Hl은 상기 유도탄의 로이터 비행 시의 고도이고, Hclr는 지형물 충돌 방지를 위한 이격 여유 고도이고, Hf는 상기 유도탄의 현재 비행 위치 감지 시의 상기 현재 고도이고, Tmax는 상기 최대지형고도임.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 로이터 비행 가능 영역들 중에서 가장 고도가 낮은 로이터 비행 가능 영역 또는 상기 현재 비행 위치에서 가장 가까운 로이터 비행 가능 영역을 상기 로이터 비행 영역으로 선택하는 것을 특징으로 하는 로이터 제어 방법.
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